第5章放大电路中的反馈.ppt

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1、,Home,5.放大电路中的反馈,5.1 反馈的基本概念及反馈类型的判别方法,5.2 负反馈放大电路的四种基本类型及 放大倍数一般表达式,5.4 深度负反馈放大电路,5.3 负反馈对放大电路性能的改善,5.5*放大电路中的正反馈,放大电路的反馈内容简介,反馈的基本概念及判断方法,负反馈对放大电路性能的改善,深度负反馈放大电路,负反馈方框图,构 成,负反馈四种组态,输入/出电阻,非线性失真,增 益,频 带 宽 度,判断举例,分类及判断方法,一般表达式,分析步骤,引入原则,放大电路中的正反馈,Home,1.反馈的基本概念,Next,5.1 反馈的基本概念及判断方法,将放大电路的输出量（电压或电流）

2、，通过一定的电路(反馈电路)，部分或全部回送到输入端(或输入回路)，用以改善或改变电路某些特性的控制过程，称之为反馈。通过反馈电路回送到输入回路电压或电流信号称为反馈信号。,内部反馈,外部反馈,（1）什么是反馈？,信号源,输出信号,反馈放大电路的输入信号,反馈信号,基本放大电路的输入信号（净输入信号）,比较环节,引反馈前,引反馈后,闭环有反馈,Xid Xi 正反馈Xid Xi 负反馈,Exit,（2）反馈放大电路的一般框图,2.正负反馈的概念,引反馈后,Xid Xi 正反馈Xid Xi 负反馈,Exit,直流反馈与交流反馈以及有无反馈的判别,瞬时极性法举例,3.直流反馈和交流反馈,4.正、负反

3、馈的判断方法,例,输入回路,输出回路,判断电路是否存在反馈。是正反馈还是负反馈？直反馈还是交流反馈？,RE 介于输入输出回路，有反馈。,反馈使 uid 减小，为负反馈。,既有直流反馈，又有交流反馈。,1.分类及判断方法,电流：将负载短路，反馈量仍然存在。,电压：将负载短路，反馈量为零。,判断方法,Exit,5.2.1.负反馈放大电路四种基本类型,5.2.负反馈放大电路四种基本类型及放大倍数一般表达式,判断方法,Exit,比较方式串联反馈和并联反馈,串联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的两个电极。有：,此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。,对于运算放大器来说，反馈信号与输入信号

4、同时加在同相输入端或反相输入端，则为并联反馈；一个加在同相输入端一个加在反相输入端则为串联反馈。,对于三极管来说，反馈信号与输入信号同时加在三极管的基极或发射极，则为并联反馈；一个加在基极一个加在发射极则为串联反馈。,并联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一个电极。有：,vd=vi-vF,id=iI-iF,对运算放大器,对三极管,此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。,Exit,ib=i-if,并联反馈,ube=ui-uf,串联反馈,Exit,电压反馈采样的两种形式：,采样电阻很大,Exit,电流反馈采样的两种形式：,采样电阻很小,Exit,电压串联,电压并联,电流串联,电流

5、并联,1.分类及判断方法,负反馈的四种组态,Exit,电压反馈、电流反馈 看输出端,串联反馈、并联反馈 看输入端,电流：将负载短路，反馈量仍然存在。,电压：将负载短路，反馈量为零。,判断方法汇总,Exit,2.四种组态判断举例,判断方法汇总,有无反馈,有反馈通路（闭环）则引入了反馈,反馈极性（正、负反馈）,瞬时极性法，沿环路走一圈。,串联判断:Xf与Xi的相位关系：同相为负；反相为正.,并联判断:Xf 流进节点为正;Xf 流出节点为负.,Exit,电压串联负反馈 电压串联负反馈电路及其方框图如下：电压负反馈电路的主要特点之一是稳定输出电压,负反馈放大电路的分析,电流串联负反馈 电流串联负反馈电

6、路及其方框图如下：电流负反馈主要特点之一是稳定输出电流,电压并联负反馈 电压并联负反馈电路及其方框图如下：,电流并联负反馈 电流并联负反馈电路及其方框图如下：,增加隔直电容C后，Rf只对交流起反馈作用。,注：本电路中C1、C2也起到隔直作用。,分立电路电压串联负反馈,Exit,增加旁路电容C后，Rf只对直流起反馈作用。,分立电路电压串联负反馈,Exit,Exit,(+),(-),(-),(+),(+),(+),(+),(+),例:判断下图中有哪些反馈回路，是交流反馈还是直流反馈。并判断反馈的极性和类型（组态）。,解：根据反馈到输入端的信号是交流，还是直流，或同时存在，来进行判别。,5.2.2

7、负反馈放大电路放大倍数一般表达式,1.负反馈放大电路放大倍数的一般表达式,Next,2.反馈深度,称为反馈深度,增益 负反馈,称为深度负反馈,增益 正反馈,自激振荡,Exit,正反馈与负反馈的作用效果,某种原因（温漂）,稳定,不稳定,Exit,3.四种类型负反馈放大倍数和反馈系数的不同含义,Next,Back,电压串联,电压并联,电流串联,电流并联,信号 及、在四种反馈阻态中的具体形式,Exit,5.3.1 提高放大倍数的稳定性,则,闭环时,只考虑幅值有,即闭环增益相对变化量是开环的1/(1+AF),例：某种原因 A变化了5，引入反馈深度为1+AF=10的负反馈，,则闭环增益AF的变化只有0.

8、5,Exit,5.3 负反馈对放大电路性能的改善,5.3.3减少非线性失真,加反馈前,加反馈后,失真,改善,Exit,5.3.2 展宽通频带,开环幅频响应,上限频率扩展1+AF倍,下限频率降低1+AF倍,闭环幅频响应,Exit,增益带宽积常数,证明：,Exit,无反馈时：,有反馈时：,Exit,5.3.4.改变输入电阻,1.串联反馈使输入电阻增大,无反馈时：,有反馈时：,Exit,2.并联反馈使输入电阻减小,1.电压反馈使输出电阻减小,5.3.5 改变输出电阻,2.电流反馈使输出电阻增大,5.4 深度负反馈放大电路,5.4.1 深度负反馈的实质,Next,5.4.2 负反馈系数的确定,并联负反

9、馈求反馈系数的方法对于并联负反馈，令Ui=0，根据电压或电流并联求Fg或 Fi。,2.串联负反馈求反馈系数的方法对于串联负反馈，令Ii=0，根据电压或电流串联求Fu 或Fr。,Next,Back,1.深度电压串联负反馈电路的闭环电压放大倍数分析,解：图a电路为电压串联负反馈。令输入端交流开路(令Ii=0)，则Ie1=0，可得图b反馈网络，则反馈电压Uf为：,5.4.3 深度负反馈放大电路电压放大倍数分析,例5.5：求下图深度电压串联负反馈电路的闭环放大倍数。,例5.6：求下图深度电流串联负反馈电路的闭环放大倍数。,解：,2.深度电流串联负反馈电路的闭环电压放大倍数分析,解：令输入端交流短路（令

10、Ui=0，），于是可得图（b）反馈网络。由图(b)可知,流过R f的电流If为,3.深度电压并联负反馈电路的闭环放大倍数分析,例5.7 求下图深度电压并联负反馈电路的闭环源电压放大倍数。,解：将输入端短路，得到图b反馈网络。If为,Back,4.深度电流并联负反馈电路闭环电压放大倍数分析,例5.8 求下图深度电流并联负反馈电路的闭环源电压放大倍数。,Next,Back,（4）确定反馈网络电阻Re1、Rf电阻Re1不宜取得太大（特别是Re3较小时），否则，T1管静态电流在电阻Re1上产生直流压降太大，导致UCE1减小，一般取100200左右，现取Re1=100。反馈系数应满足Fu=Re1/（Re

11、1+Rf）0.0095，将Re1=100代入，可求得Rf 10.4k，取Rf=10k。（5）验算 反馈深度为1+A uFu=1+A uRe1/（Re1+Rf）1+8410.1/（0.1+10）9.3闭环电压放大倍数为A uf=A u/（1+A uFu）8419.390 均满足设计要求。,5.4.4 负反馈放大电路的自激振荡简介,一.负反馈放大电路自激振荡的原因和条件,Next,自激振荡现象：在不加任何输入信号的情况下，放大电路仍会产生一定频率的信号输出。,在高频区或低频区产生的附加相移达到180，使中频区的负反馈在高频区或低频区变成了正反馈，当满足了一定的幅值条件时，便产生自激振荡。,1.自激

12、振荡产生的原因,Next,Back,自激振荡条件,产生自激振荡。,反馈深度,即,又,得自激振荡的平衡条件：,注：输入端求和的相位（-1）不包含在内,闭环增益,Next,Back,2.消除电路自激振荡的原理,常用消除电路自激振荡的措施常用消除电路自激振荡的措施如下所示,Next,Back,5.4.5.负反馈放大电路的设计,1.设计原则,（1）根据输入特性要求确定负反馈网络在电路输入端连接方式 1）若要求输入电阻高，选串联型负反馈。2）若要求输入电阻低，选并联型负反馈。3)若对输入电阻无特定要求，则可灵活选择。4）若输入信号源内阻较小，应选串联型负反馈，这是因为输入信号源内阻小，并联负反馈作用不明

13、显，而串联型负反馈作用明显。5)若输入信号源内阻较大，且输入信号源对负载又无特别要求，应选并联型负反馈，这是因为输入信号源内阻大，并联负反馈作用明显，而串联型负反馈作用不明显。,（2）根据输出特性要求确定负反馈网络在电路输出端的连接方式 1)若负载为低阻值负载，应选电压负反馈，因为电压负反馈电路输出电阻小。2)若负载电阻在一定范围内变化时，希望输出电压变化尽可能较小，应选电压负反馈，因为电压负反馈能稳定输出电压。3)若负载为电流型负载，希望负载电载电阻在一定范围内变化时，流经负载的输出电流变化尽可能小，应选电流负反馈，因为电流负反馈能稳定输出电流。,1.设计原则,（3）负反馈深度的确定,分立元

14、件的负反馈放大电路，其开环放大倍数A通常在几十几千左右，其负反馈深度可在十几十左右的范围内根据需要综合考虑确定。由于集成运放开环电压增益在105106左右，其线性输入电压很小，约为十几微伏左右，为保证集成运放工作在线性区，集成运放负反馈放大电路的负反馈深度通常在几千几万左右。,2设计举例试设计一如图5-21所示的两级阻容耦合电压串联负反馈电路。设计要求：闭环电压放大倍数相对变化量小于开环电压放大倍数相对变化量的11%，开环电压放大倍数Au=Au1Au2800，闭环电压放倍数Au f80。,Next,Back,已知：1=2=60，rbe1=1.7k，rbe2=1.5k，其它参数如图所示。设电路中

15、标出的所有电容对交流可视为短路。,设计步骤如下：(1)根据开环电压放倍数Au=Au1Au2800，分配各级开环电压放大倍数Au1、Au2。本例所说的电路开环是指消除了两级之间电压串联负反馈的电路工作状态。,Next,Back,由于两级间的电压串联负反馈电压Uf=UoRe1/（Re1+Rf），要消除两级间的电压串联负反馈，令Uo=0（即令输出端交流交流短）即可，此时，反馈电阻Rf对输入回路影响（对输入回路负载作用）表现为Rf与Re1并联；另方面，消除两级间的电压串联负反馈后、还应保留反馈电路对输出端的负载（Rf+Re1）作用。因此，消除两级间电压串联负反馈后的基本放大电路的交流通路如图5-22所

16、示。,Back,由图5-22可知，Re1/Rf（Re1）使T1放大电路存在本级电流串联负反馈，其电压放大倍数较小，分配为Au1=8左右，T2放大电路电压放大倍数分配为Au2=100左右。以此为基础、按第2章单级放大电路电路设计方法确定的电路参数如图5-21中所示，其设计过程在此不赘述。,（2）计算开环电压放大倍数 由图5-22可知，第一级电压放大倍数数值为u1(RC1/Rb2/rbe2)/RS+rbe1+（1+）（Re1/Rf）8.65.式中Rb2=Rb21/Rb22。第二级电压放大倍数数值为Au2=RC2/（Re1+Rf）/RL/rbe2 97.2两级放大电路开环电压放大倍数数值为Au=Au

17、1Au2=8.6597.2841满足开环电压放倍数Au=Au1Au2800的各件。,（3）确定反馈深度和反馈系数 根据闭环电压放大倍数相对变化量小于开环电压放大倍数相对变化量的11%的设计要求，应满足反馈深度1+A uFu9，由此可求得电压反馈系数Fu（9-1）/Au=0.0095。,（4）确定反馈网络电阻Re1、Rf 电阻Re1不宜取得太大（特别是Re3较小时），否则，T1管静态电流在电阻Re1上产生直流压降太大，导致UCE1减小，一般取100200左右，现取Re1=100。反馈系数应满足Fu=Re1/（Re1+Rf）0.0095，将Re1=100代入，可求得Rf 10.4k，取Rf=10k

18、。,（5）验算 反馈深度为1+A uFu=1+A uRe1/（Re1+Rf）1+8410.1/（0.1+10）9.3 闭环电压放大倍数为 A uf=A u/（1+A uFu）8419.390 均满足设计要求。,5.5 放大电路中的正反馈,为了使放大电路具有良好的特性、稳定可靠地工作，一般引入负反馈，但在少数特殊情形下，为满足某些特殊的需要，有时也引入正反馈。最为典型的应用是，一、在射极跟随器中引入正反馈、以进一步提高输入电阻；二、在互补功率放大电路中引入正反馈、以进一步提高不失真输出电压幅度。下面分别讨论。,图5-23（a）所示电路为基极分压式静态工作点稳定的射极输出器，为了保证静态工作点稳定

19、，R1、R2不能取得太大，这就限制了,射极输出器输入电阻Ri=R1/R2/rbe+（1+）Re的提高。在要求输入电阻很高的情形下，通常采用图5-23（b）所示电路，即在图（a）电路基础上引入了R3、C2。用瞬时极性法不难判断图（b）电路通过R3、C2引入了正反馈。设图5-23所示电路中所有电容对交流均可视为短路，图（b）电路中，当R3上端交流电位ub=ui变化时，R3下端交流电位uA=uo跟随着同样变化，好象自己将自己“抬举”起来一样，故称为自举电路。,由图（b）可知，流过R3的交流电流（有效值）为 IR3=（Ui-Uo）/R3=Ui（1-Auf）/R3 射极输出器的电压放大倍数Auf=Uo/

20、Ui1，所以，UA=Uo=Auf UiUi。R3支路的等效电阻为 R/3=Ui/IR3=R3/（1-Auf）（5-27),由于Auf(=uo/ui)小于约等于1，所以，（1-Auf）大于约等于0，故 R/3=R3/（1-Auf）R3由2.2.3节讨论可知 Auf R/L/（rbe+R/L）（5-28）式中R/L=R1/R2/Re。则有 1-Auf1-R/L/（rbe+R/L）=rbe/（rbe+R/L）（5-29）将式（5-29）代入式（5-27），并考虑到R/Lrbe，可得 R/3（rbe+R/L）R3/rbeR/LR3/rbe（5-30）所以图5-21（b）电路输入电阻为 RiR/3/R/

21、L（5-31）,2.互补功率放大电路中引入正反馈、以提高不失 真输出电压幅度,实际互补功率放大电路中，为了提高不失真输出电压幅度，通常也引入正反馈的自举电路。图5-24为一实用的甲乙类自举互补对称功率放大电路（OTL电路）。同4.2节讨论的OTL电路相比，增加了大电容C2（约为几十F一、二百F）、电阻R5等组成的自举电路。T1、T2等其它各元件组成的互补对称OTL电路工作原理及各元件的作用在4.2节已介绍。现在从如下两方面作一补充说明。,(1)引入级间直流负反馈稳定静态工作点 输入级T1管基极上偏置电阻R1上端连接至T2、T3管发射极，构成两级之间的静态工作点稳定的直流负反馈电路。由于对称性，

22、T2、T3管发射极直流电压的正常值为：UE2=UE3=+VCC/2，这一直流电压经R1、R2分压给T1管基极提供静态偏置电压、使T1管工作在放大区。由于某种原因，使得UE2=UE3偏离了+VCC/2，比如：UE2=UE3+VCC/2，两级之间随即发生如下直流负反馈过程：,可见，这一直流负反馈过程，使T2、T3管发射极直流电压较好地稳定在+VCC/2，从而保证T2、T3管工作电压具有较好的对称性。,(2)引入正反馈加大输出电压的动态范围 图5-24电路中通过C2、R5引入了正反馈，其作用是提高互补输出级T2管输出电压的跟随范围，使T2管输出的正电压的最大值接近于+VCC（约为+VCCUCE2S、

23、UCE2S为T2管的临界饱和压降）。C2、R5在电路中的作用分析如下：R5为交流隔离电阻(其值一般取100200左右)，若无R5（将R5短路），R3的上端交流接地，则电容C2将电路输出端对地交流短路、无输出电压，隔离电阻R5是不可少的。静态时：流过R5的电流为IC1+IB2，在几mA左右，故R5上的直流压降UR5很小（一般小于0.5V），故可认为A点直流电位UA=+VCC-UR5+VCC；而UE2=UE3=+VCC/2；所以，大电容C2上的直流电压为：UC2=UA-UE2+VCC-VCC/2=+VCC/2（注意，C2上的直流电压极性上“+”下“-”）。,动态时：若ui为负半周时，经T1管反相放

24、大输出正半周的信号推动T2、T3管互补输出级（忽略D1、D2的动态电阻），T2管导通、T3管截止，输出正半周电压uo。,若C2断和R5短路，UA=+VCC，输出正半周电压uo时，由于uE2=uE3+VCC/2，uB2+VCC/2，R3上的电压必小+VCC/2，且随着输出正半周电压uo的幅度加大，必然是uB2比+VCC/2高得越多，即电压uR3比VCC/2小得越多，uR3减小，使T2管基极驱动电流不足，T2管不可能趋近临界饱和，导致T2管UCE2minUCE2S,正半周电压uo幅度Uom=VCC-UCE2min-VCC/2=VCC/2-UCE2min 比VCC/2小许多,造成正半周不失真输出电压

25、幅值减小。,加C2和R5，输出正半周电压uo时，随着uE2=uE3上升，C2使A点电位上升。C2对交流视为短路，动态时C2两端电压约为VCC/2。即使当uo幅值达到(VCC/2）-UCE2S时，也即uB2max=uE2max+0.7VVCC-UCE2S+0.7VVCC时，A点电位可升高到3VCC/2，uR3VCC/2，有足够驱动电流使T2管趋于临界饱和，使uo幅度大到VCC/2-UCE2VCC/2。提高T2管输出正电压跟随的范围。从反馈观点，C2和R5相当于在电路中引入正反馈。另外，跨接在输出端与T1管基极之间的电阻R1具有双重作用：其一、作为T1管基极的直流上偏置电阻，构成两级之间的直流负反馈、以稳定静态工作点（前面已分析）；其二、构成两级之间的交流电压并联负反馈，以改善电路的交流特性。,